Computação Concorrente (DCC/UFRJ)

Computação Concorrente (DCC/UFRJ)
Aula 6: Sincronização condicional com variáveis de condição
Prof. Silvana Rossetto
4 outubro de 2016
Prof. Silvana Rossetto
Sincronização condicional com variáveis de condição
Sincronização por condição
Visa garantir que uma thread fique bloqueada enquanto uma
determinada condição lógica da aplicação não for satisfeita
A solução para a sincronização por condição é definida impedindo
a continuação da execução de uma thread até que o estado
da aplicação seja correto para a sua execução
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Exemplo: problema produtor/consumidor
Os produtores produzem/geram novos elementos
Os consumidores consomem/processam esses elementos
Uma área de dados é compartilhada entre produtores e
consumidores
Produtores depositam os elementos gerados na área de dados
Consumidores retiram os elementos que devem ser
processados da área de dados
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Sincronização condicional com variáveis de condição
O problema dos produtores e consumidores
Condições do problema
1
Os produtores não podem inserir novos elementos quando a
área de dados já está cheia
2
Os consumidores não podem retirar elementos quando a área
de dados já está vazia
3
Os elementos devem ser retirados na mesma ordem em que
foram inseridos
4
Os elementos inseridos não podem ser perdidos (sobreescritos
por novos elementos)
5
Um elemento só pode ser retirado uma única vez
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Variáveis de condição
Definição
Variáveis especiais que permitem que as threads esperem
(bloqueando-se) até que sejam sinalizadas (avisadas) por outra
thread que a condição lógica foi atendida
Operações básicas
WAIT(condvar): bloqueia a thread na fila da variável de
condição
SIGNAL(condvar): desbloqueia uma thread na fila da
variável de condição
BROADCAST(condvar): desbloqueia todas as threads na
fila da variável de condição
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Como funcionam as variáveis de condição
Uma variável de condição é sempre usada em conjunto com
uma variável de lock
A thread usa o bloco de lock para checar a condição
lógica da aplicação e decidir por WAIT ou SIGNAL
O lock é implicitamente liberado quando a thread é bloqueada
e é implicitamente devolvido quando a thread retoma a
execução do ponto de bloqueio
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Como funcionam as variáveis de condição
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Locks versus Variáveis de condição
Locks são usados para implementar sincronização por
exclusão mútua (controle do acesso ao dado)
Variáveis de condição são usadas para implementar a
sincronização por condição (lógica de execução baseado no
valor do dado)
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Variáveis de condição em PThreads
A biblioteca PThreads define um tipo especial chamado
pthread cond t com as seguintes rotinas:
pthread cond wait (condvar, mutex): bloqueia a thread na
condição (condvar) (deve ser chamada com mutex locado
para a thread e depois de finalizado deve desalocar mutex)
pthread cond signal (condvar): desbloqueia uma thread
esperando pela condição (condvar)
pthread cond broadcast (condvar): usado no lugar de
SIGNAL quando todas as threads na fila da condição podem
ser desbloqueadas
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Variáveis de condição em PThreads
pthread cond init (condvar, attr): inicializa a variável
pthread cond destroy (condvar): libera a variável
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Sincronização condicional com variáveis de condição
..voltando ao problema dos produtores/consumidores
Implementar uma solução para o problema dos
produtores/consumidores
1
apenas um produtor e um consumidor
2
mais de um produtor e mais de um consumidor
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Produtor
void * produtor(void * arg) {
tElemento elemento;
while(REPETE) {
elemento = produzElemento();
Insere(elemento); //pode bloquear!
}
pthread_exit(NULL);
}
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Consumidor
void * consumidor(void * arg) {
tElemento elemento;
while(REPETE) {
elemento = Retira(); //pode bloquear!
processaElemento(elemento);
}
pthread_exit(NULL);
}
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Funções para inserir e retirar elemento
void Insere (tElemento elem) {
...
}
tElemento Retira (void) {
...
}
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Variáveis globais
#define N 5
#define P 4
#define C 2
//variaveis do problema
int Buffer[N];
int count=0, in=0, out=0;
//variaveis para sincronizacao
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond_cons, cond_prod;
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Função para inserir elemento
void Insere (tElemento elem) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(count == N) {
pthread_cond_wait(&cond_prod, &mutex);
}
count++;
Buffer[in] = elem;
in = (in + 1) % N;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond_cons);
}
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Função para retirar elemento
tElemento Retira (void) {
tElemento elem;
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(count == 0) {
pthread_cond_wait(&cond_cons, &mutex);
}
count--;
elem = Buffer[out];
out = (out + 1) % N;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond_prod);
return elem;
}
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Execução produtor/consumidor
...mostrar execução do problema
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Sincronização condicional com variáveis de condição
Exercı́cio
Projetar e implementar um programa concorrente com 4 threads
onde a ordem de execução das threads é controlada no programa:
a thread 1 imprime a frase “tudo bem?”
a thread 2 imprime a frase “hola!”
a thread 3 imprime a frase “até mais tarde.”
a thread 4 imprime a frase “tchau!”
As threads 1 e 2 devem executar antes das threads 3 e 4 sempre (a
ordem de execução entre as threads 1 e 2 não importa, assim como
a ordem de execução entre as threads 3 e 4).
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Primeiro trabalho
descrição do primeiro trabalho...
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Referências bibliográficas
Computer Systems - A Programmer’s Perspective (Cap. 12)
Programming Language Pragmatics, M.L.Scott,
Morgan-Kaufmann, ed. 2, 2006
Modern Multithreading, Carver e Tai, Wiley, 2006
An Introduction to Parallel Programming, Peter Pacheco,
Morgan Kaufmann, 2011
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